Die Verbindung zwischen Darmgesundheit und Parkinson-Krankheit

Neurologische Erkrankungen sind ein grosses Problem und führen weltweit zu körperlichen und mentalen Beeinträchtigungen. Momentan sind etwa 15% der Menschen betroffen, und diese Zahl wird wahrscheinlich steigen, vor allem wegen der älter werdenden Bevölkerung und anderen Faktoren. Unter diesen Erkrankungen ist die Parkinson-Krankheit (PD) eine der komplexesten und wird immer häufiger. Obwohl sie hauptsächlich für Bewegungsprobleme bekannt ist, leiden viele Menschen mit PD auch unter kognitiven Problemen, die von leichten Gedächtnisstörungen bis hin zu voll entwickelter Demenz reichen können. Fast die Hälfte der diagnostizierten PD-Patienten entwickelt innerhalb von 10 Jahren Demenz, und fast jeder wird innerhalb von 20 Jahren nach der Diagnose Demenz haben.

Kognitive Beeinträchtigungen (CI) sind schwer zu erkennen und genau zuzuordnen, was es für Ärzte schwierig macht, sie effektiv zu behandeln. Faktoren ausserhalb der Genetik, wie Darmbakterien und Lebensstilentscheidungen, können die Entwicklung und den Verlauf kognitiver Probleme bei diesen Patienten beeinflussen.

#Die Verbindung zwischen Darm und Gehirn

Neue Studien haben einen starken Zusammenhang zwischen der Darmgesundheit und neurologischen Erkrankungen, einschliesslich PD, gefunden. Viele Menschen mit PD haben auch Magen-Darm-Probleme. Deshalb haben mehrere Studien untersucht, wie die Bakterien in unserem Darm eine Rolle bei PD und ähnlichen Krankheiten spielen könnten. Einige Studien berichteten über Veränderungen in bestimmten Bakterien im Dickdarm von PD-Patienten, mit erhöhten Werten bestimmter Typen, während andere nützliche Bakterien in geringeren Mengen gefunden wurden.

Ein interessanter Bereich sind kurzkettige Fettsäuren (SCFAs) wie Butyrat, die von Darmbakterien produziert werden und schützende Wirkungen auf das Nervensystem haben. Allerdings können schädliche Bakterien Toxine produzieren, die den Zustand von PD-Patienten verschlechtern können. Ein solches Toxin, Lipopolysaccharid (LPS) genannt, kann Entzündungen hervorrufen und die Symptome verschlimmern.

Auch die Mundgesundheit ist für PD-Patienten ein Thema, da viele Probleme mit der Speichelproduktion und dem Schlucken haben, was Bedingungen für schädliche Bakterien im Mund schaffen kann. Diese schädlichen Bakterien können in den Blutkreislauf eindringen und möglicherweise zu Erkrankungen wie PD beitragen. Ein bedeutender Krankheitserreger, der mit Mundgesundheitsproblemen in Verbindung steht, ist Porphyromonas gingivalis, der mit Alzheimer in Verbindung gebracht wird und ähnliche Auswirkungen bei PD haben könnte.

#Übersicht der Studie

In dieser Studie haben wir Speichel- und Stuhlproben von Personen mit PD untersucht, sowohl von denen mit leichter kognitiver Beeinträchtigung (PD-MCI) als auch von denen mit voller Demenz (PDD), und sie mit gesunden Kontrollen verglichen. Unser Ziel war es, Unterschiede in den Mikroben des Darms und des Mundes zu finden, die mit kognitivem Rückgang in Verbindung stehen könnten.

Unsere Hypothese war, dass Unterschiede in diesen Mikrobiomen einen Einfluss auf den Verlauf von PD haben könnten. Wir haben maschinelles Lernen sowie verschiedene Analysen genutzt, um Veränderungen im Mikrobiom mit der kognitiven Gesundheit zu verknüpfen.

#Teilnehmerdetails

Wir haben 114 Personen in unsere Studie einbezogen: 41 Personen mit PD-MCI, 47 mit PDD und 26 gesunden Personen. Die Teilnehmer waren in Alter und Geschlecht ähnlich. Wir haben ihre kognitiven Fähigkeiten durch standardisierte Tests bewertet und auch ihre motorischen Fähigkeiten betrachtet, wobei wir bestätigten, dass sich die PD-MCI-Patienten signifikant von denen mit voller Demenz unterschieden.

#Veränderungen in Mikrobiomen

Nach der Analyse der Proben haben wir mehrere wichtige Veränderungen in der Vielfalt und den Reichtum des Darmmikrobioms in beiden PD-Gruppen im Vergleich zu gesunden Personen festgestellt. Besonders bei denjenigen mit voller Demenz gab es einen signifikanten Rückgang der Vielfalt im Darmmikrobiom.

In Bezug auf spezifische Bakterien haben wir erhöhte Werte bestimmter Typen, wie Actinobacteria, im Darm von Menschen mit kognitiven Problemen festgestellt, während nützliche Bakterien wie Bacteroidetes in geringeren Mengen vorkamen. Im Mundraum wurden auch andere Bakterien in geringeren Mengen bei Demenzpatienten gefunden im Vergleich zu gesunden Personen, was auf einen Verlust nützlicher Bakterien und die Möglichkeit hinweist, dass schädliche Bakterien gedeihen.

#Enterotypen und Speicheltuben

Um unsere Ergebnisse zu kategorisieren, haben wir spezifische Muster in den Mikrobiomen des Darms und des Mundes identifiziert, die wir Enterotypen für den Darm und Speicheltuben für den Mund nannten.

Wir fanden drei verschiedene Darm-Enterotypen, die jeweils mit unterschiedlichen Bakterienarten verbunden waren. Gesunde Personen zeigten hauptsächlich einen "Prevotella"-Enterotyp, der mit einer gesunden Darmgesundheit in Verbindung steht, während sowohl PD-MCI- als auch PDD-Patienten eine Häufung unterschiedlicher Bakterienarten hatten.

Im oralen Mikrobiom identifizierten wir auch drei Speicheltuben, die signifikante Unterschiede zwischen den Gruppen zeigten. Diese Speicheltuben standen im Zusammenhang mit verschiedenen Gesundheitszuständen und deuteten darauf hin, dass Personen mit PD ein höheres Risiko für eine dysregulierte Mundgesundheit haben.

#Prognosemodelle

Wir haben Modelle für maschinelles Lernen erstellt, um zu sehen, ob wir unsere Erkenntnisse nutzen können, um klinische Ergebnisse für PD-Patienten vorherzusagen. Durch die Kombination unserer Mikrobiomdaten mit klinischen Informationen wie Alter und Geschlecht erzielten wir eine ziemlich gute Genauigkeit bei der Unterscheidung zwischen gesunden Personen, solchen mit leichter kognitiver Beeinträchtigung und solchen mit voller Demenz.

Unser Modell identifizierte genau die Merkmale, die am wichtigsten für die Vorhersage des kognitiven Rückgangs waren. Die Modelle zeigten, dass spezifische nützliche Bakterien, wie Faecalibacterium prausnitzii, weniger verbreitet waren bei denjenigen mit voller Demenz, und das Vorhandensein bestimmter schädlicher Bakterien war häufiger bei denjenigen mit schlechterer kognitiver Gesundheit.

#Die Rolle von oralen Bakterien für die Darmgesundheit

Wir haben auch untersucht, wie Bakterien aus dem Mund in den Darm gelangen könnten, ein Phänomen, das oft als "Oralisierung des Darms" bezeichnet wird. Unsere Ergebnisse deuteten darauf hin, dass schädliche Bakterien aus dem Mund im Darm von PD-Patienten zunehmen und zu deren kognitivem Rückgang beitragen könnten.

Wir haben spezifische Gene von oralen Bakterien, die im Darm gefunden wurden, mit verschiedenen Funktionen verknüpft, die potenziell die Gesundheit verschlechtern könnten. Zum Beispiel standen viele dieser Genfunktionen im Zusammenhang mit Stressreaktionen, der Modulation des Immunsystems und der Fähigkeit von Bakterien, Biofilme zu bilden – Strukturen, die Bakterien helfen, sich an Oberflächen im Körper festzuhalten und der Immunantwort zu entkommen.

#Fazit

Diese Studie hebt die kritische Beziehung zwischen oralen und gastrointestinalen Mikrobiomen im Kontext der Parkinson-Krankheit und kognitiver Beeinträchtigung hervor. Indem wir das Vorhandensein schädlicher Bakterien im Mund und im Darm zeigen, deuten wir an, dass dies zur Progression der Krankheit beitragen könnte. Weitere Forschung ist notwendig, um therapeutische Optionen zu erkunden, die diese Bakterien anvisieren oder gesündere Mikrobiomprofile fördern könnten, um kognitive Beeinträchtigungen bei PD-Patienten abzumildern.

Durch unseren innovativen Einsatz von maschinellem Lernen haben wir auch begonnen, potenzielle Marker für kognitiven Rückgang zu identifizieren. Diese Marker könnten nützlich sein, um den Krankheitsverlauf vorherzusagen und letztendlich die Behandlungsentscheidungen für Patienten mit Parkinson-Krankheit zu lenken. Während wir nach einem tiefergehenden Verständnis dieser komplexen Wechselwirkungen streben, bleibt das Ziel, die Patientenergebnisse zu verbessern und den Weg für neue therapeutische Ansätze zu ebnen.